富水砂層超深地下連續墻工字鋼接頭止水適用方法比選

劉 偉 趙亞軍 趙保森 呂 朋 韓志強

中建一局集團第五建筑有限公司 北京 100024

地下連續墻作為深大基坑工程的擋土結構，以其剛度大、變形小、整體性好、抗滲性能良好等特點，被廣泛運用于地鐵基坑工程。在地下連續墻兩幅之間連接形式上，較多采用止水質量易于控制的工字鋼接頭，但施工地下連續墻接頭時，也常出現因地下連續墻澆筑時繞流使工字鋼內夾雜混凝土、泥砂等雜物，增加接頭滲漏水的風險。在本工程高水頭、砂層地質情況下，基坑開挖導致內外水位壓力差增加，加之地下連續墻接縫形成的涌水通道，基坑開挖時易發生涌水涌砂的險情。

正是由于上述原因，本文基于高水頭、富水砂層，對超深地下連續墻工字鋼接頭止水控制開展關鍵技術研究，通過2種防繞流施工方法對比，選擇可保證接頭止水質量的方法[1]，為今后地下連續墻工字鋼接頭止水質量控制提供參考。

1 工程簡介

1.1 項目概況

福州地鐵4號線鰲峰洲站，為地下3層島式車站，車站全長145 m，基坑面積3 409.22 m2?；油谏?5 m，基底地層位于③1粉質黏土層；車站距閩江450 m，距光明港二支河15 m，施工場地的地下水動態變化，與閩江水系聯系緊密。場地承壓水穩定水位埋深1.75～4.32 m，標高為2.30～4.30 m。

基坑圍護結構采用厚1 000 mm的地下連續墻，深度64 m，地下連續墻接頭采用工字鋼連接形式。本基坑采用明挖法開挖，基坑內共設置6道內支撐。

1.2 地下連續墻工字鋼接頭概況

工字鋼接頭采用厚10 mm鋼板工廠加工焊接成12 m一節的半成品運至現場。工字鋼接頭高880 mm，翼板寬350 mm，翼板一側偏出150 mm，一側偏出200 mm（圖1）。

圖1 地下連續墻工字鋼接頭斷面

因槽壁與鋼筋籠間保護層的間距有70 mm，混凝土澆筑時，大坍落度的混凝土向兩側流動至鋼筋籠工字鋼背面，使背側的混凝土很難清除，從而在薄弱面形成滲漏水通道，基坑開挖時在內外水壓差的作用下，出現接縫滲漏水。

2 施工前安全評估

2.1 混凝土繞流檢測

首開幅澆筑完成，相鄰幅成槽、刷壁后，采用超聲波檢測儀，對工字鋼接頭夾泥或繞流混凝土進行檢測。

在水平距離工字鋼接頭800 mm處，固定檢測儀，將方形傳感器按一定速度下放入槽，通過超聲波反射信號的強弱生成的圖像分析成槽質量（圖2），深色代表密實的介質，淺色代表懸浮物質。在圖像中深色介質突起與淺黃色存在重疊，此處為混凝土繞流塊體，或表現為突出體由深色逐漸向淺色過渡也是這種情況[2]。

圖2 工字鋼附著雜物示意

超聲波檢測工字鋼的另一個目的是得到該側工字鋼傾斜的趨勢和傾斜的最大值，然后再檢測槽段另一端開挖面一側垂直度，兩者的凈尺寸需大于鋼筋籠長度以滿足鋼筋籠入槽的要求，施工中預超挖出400 mm移動量，吊車提升鋼筋籠入槽過程中通過水平尺找平工字鋼，擺動大臂來微調鋼筋籠位置。

2.2 隔水帷幕內外水頭差

以隔水帷幕隔斷基坑內外水力聯系，基坑內降低承壓含水層，承壓水位下降，承壓水位為地表下3 m至基坑底，所產生的內外水頭差見表1。

表1 隔水帷幕內外水頭差

2.3 鎖口管起拔驗算

鎖口管直徑980 mm，總長43 m，槽內41 m，外露2 m，鎖口管質量約為0.9 t/m，使用800 t引拔機起拔。

在槽底混凝土澆筑2 h后開始松動鎖口管，向上起拔，鎖口管起拔阻力主要為2個分力，即鎖口管自重G、土體與鎖口管之間的摩阻力S，因起拔鎖口管時，混凝土未初凝，所以未考慮混凝土與鎖口管之間的黏結力C與摩阻力f，鎖口管頂拔受力見圖3。

圖3 鎖口管頂拔受力分解示意

鎖口管外壁與土體間的摩阻力，按鎖口管周圈與土體接觸面阻力計算，各土體摩阻力取值見表2。

表2 土體與鎖口管外壁間的單位面積摩阻力

經計算，鎖口管與土體間的摩阻力S為4 028.84 kN，鎖口管自重計算G為387 kN，鎖口管外壁摩阻力總和為4 415.84 kN，小于引拔機的頂拔力8 000 kN，故引拔機能將鎖口管拔出。

3 工字鋼接頭止水適用方法

3.1 接頭砂袋填充防繞流

1）接頭砂袋填充工序：首開幅澆筑完成→連接幅槽段成槽→槽底及接頭清渣→槽壁超聲波檢測→鋼筋籠入槽→工字鋼背側填充砂袋→槽段二次清孔→澆筑混凝土。

2）連接幅開挖6 m寬槽段，水平超挖出槽段400 mm作為調整鋼筋籠擺放位置和填充砂袋的空間，砂袋填充防繞流與澆筑導管安裝同時進行，砂袋填充采用挖機和人工配合推入槽內，人工測繩測量孔深，每3 m錘擊密實一次，方錘尺寸為0.45 m×0.20 m×2.00 m，由履帶吊提升從地面向下自由落下，將砂袋夯實，循環反復以上工序（圖4）。工字鋼背側填筑砂袋需6～8 h，其間將槽頂泥漿通過澆筑導管向槽底輸送，槽底泥漿上浮攜渣，泥漿泵抽排至泥漿凈化裝置除砂后，再返回槽段，其間泥漿液位下降，向槽段補充新漿，直至砂袋填筑完成，槽底深度滿足設計要求，然后澆筑混凝土至設計頂標高。反壓→槽段二次清孔→澆筑混凝土。

圖4 連接幅槽段開挖示意

2）鎖口管直徑980 mm，壁厚40 mm，管節長10 m，重9 t；工字鋼寬880 mm，將鎖口管垂直卡入工字鋼凹槽內并在底部嵌入砂袋1 m深度，在成槽時再超挖出鎖口管一側270 mm，反壓碎石，固定鎖口管；為減少混凝土繞流，在工字鋼翼板兩側固定0.6 m寬、0.3 mm厚鍍鋅鐵皮（圖7）。

圖7 鎖口管防繞流平面

3）砂袋填充防繞流缺陷與不足。從基坑開挖裸露墻面外觀看，第1道至第2道支撐間7.15 m高范圍墻面基本無滲漏，質量缺陷主要為表層8 m深度內的垃圾土、軟弱砂層坍塌產生的墻面鼓包嚴重，墻體外觀質量差（圖5）。從第2道支撐以下至基底17.85 m深，質量缺陷主要表現為墻體接縫夾雜砂袋、泥土，清除砂袋等黏結物的凹陷形成水流通道，接縫滲漏水明顯，可見明水外流（圖6）；經統計，車站63幅地下連續墻接縫共有滲漏28處，占總幅數44%。

圖5 第2道支撐以上墻體外觀質量

圖6 工字鋼接頭凹陷及滲漏水

4）施工工效。超深地下連續墻成槽需用時39～42 h，鋼筋籠吊裝3～4 h，接頭填充砂袋6～8 h，澆筑混凝土用時約8 h。從地下連續墻成槽開始至澆筑完成，平均用時為4 d/幅。

3.2 接頭鎖口管防繞流

1）接頭鎖口管填充施工工序：首開幅澆筑完成→連接幅成槽→槽底及接頭清渣→槽壁超聲波檢測→鋼筋籠入槽→槽底砂袋回填→安放鎖口管→鎖口管背面碎石

3）采用鎖口管與砂袋配合填充的方法，其中43 m長鎖口管，進入地下連續墻有效長度41 m，管底為圓錐形，嵌入砂袋1 m，鎖口管以下24 m填充砂袋，鎖口管露出導墻面2 m。

4）槽段開挖。連接幅成槽，第1抓開挖原土一側并超挖出鎖口管直徑980 mm和270 mm填充碎石的空間。然后第2抓開挖工字鋼翼板一側，因工字鋼寬880 mm，小于成槽機抓斗1 m厚度，所以工字鋼內側待成槽完成后，采用鏟壁器緊貼工字鋼，將雜物削落槽底，最后采用刷壁器清刷工字鋼腹板（圖8）。

圖8 連接幅開挖

5）槽底砂袋回填。成槽完成并將鋼筋籠吊裝入槽后，進行槽底砂袋回填，砂袋回填寬度1 250 mm，高度約24 m至鎖口管底標高。底部3 m人工均勻回填砂袋，3 m以上采用鏟車將砂袋一次推入槽內，每回填10 m高，鎖口管壓實一次。

6）安放鎖口管及碎石反壓。采用履帶吊提升43 m長鎖口管下放槽段，鎖口管伸出導墻頂面2 m，將引拔機穿入鎖口管，擺放于導墻頂面，引拔機均布有4個千斤頂，總頂拔力8 000 kN，一次提升行程1 000 mm，引拔機抱住鎖口管循環靜壓至槽底設計標高，自卸車裝載碎石回填鎖口管背面270 mm空隙。

7）混凝土澆筑與鎖口管起拔[3]。鎖口管與澆筑導管安裝完成，槽深滿足設計要求，開始澆筑混凝土，在澆筑底部混凝土1～2 h后，啟動引拔機，提升100～200 mm，松動鎖口管，之后每10～20 min提升一次，再復位鎖口管，反復以上工序，至澆筑至地下連續墻頂標高4 h后，分節提升鎖口管，履帶吊配合拆卸節管，放至導墻旁空地上，場地需4 m×10 m空間放置管節。

8）實施效果。工字鋼接頭鎖口管防繞流技術，可有效阻擋水泥漿或混凝土進入工字鋼背側，起到良好的隔斷作用；基坑開挖后，地下連續墻滲漏水點主要集中在異形幅拐角處，局部幾幅地下連續墻滲漏點出現在站臺層，表現為工字鋼接頭濕澤，表明鎖口管防繞流技術達到了工字鋼止水的目的。

9）施工工效。鎖口管防繞流技術，槽底回填砂袋約2 h，安放鎖口管需40 min，可在鋼筋籠下放4 h左右澆筑混凝土，減少了槽段暴露的時間，有利于保證澆筑混凝土質量。

4 結語

1）砂袋填充工字鋼是目前普遍采用的防繞流方法，此方法施工簡單，操作方便，但砂袋填充的工字鋼接頭質量缺陷主要在于整體填充砂袋后會造成鋼筋籠傾斜，且回填砂袋壓實過程向兩側外擠，使接頭混凝土間夾雜砂袋的問題尤為突出，基坑開挖后接縫滲漏水點多且成滲流狀態，現場采取基坑內聚氨酯止水堵漏，坑外補注水泥-水玻璃雙液漿方式加強止水。

2）工字鋼鎖口管防繞流技術，較適用于上部黏土為主地層，成槽時不易造成坍孔，后期槽段澆筑混凝土，坍孔處混凝土繞流至鎖口管周圍，結硬將鎖口管抱住，造成起拔困難。

3）對于高水位、上部軟弱砂層的地基，則需要對表層的雜填土采用單管旋噴樁固化處理，以提供足夠的導墻地基承載力。鎖口管安放時必須緊貼工字鋼下放，鎖口管后背填實，防止大的混凝土繞流情況發生；對于上部軟弱砂層，在澆筑混凝土過程中，必須嚴格按起拔時間規定對鎖口管進行松動，防止混凝土黏結鎖口管，造成后期埋管事故。

4）鎖口管防繞流技術在任何土層均可采用，既能有效控制工字鋼止水質量，又節約了澆筑混凝土前準備時間，但鎖口管與引拔機進場后需有一定的放置場地，尺寸約為8 m×10 m，對施工場地狹小的地下連續墻施工，造成阻礙，工效降低。在場地允許時，應優先考慮工字鋼鎖口管防繞流方法。